1 オンライン溶接品質の迅速検出
1.1 供給検出：溶接管成形ユニットに入る鋼帯は、そのサイズと板端品質の検出に重点を置いており、板幅、肉厚、供給方向がプロセス要件を満たしていることを確認します。通常、デジタルノギス、デジタル肉厚マイクロメータ、巻尺を使用して板幅と肉厚を迅速に測定し、比較チャートまたは専用ツールで板端品質を迅速に検出します。通常、検査頻度は炉番号または容積番号に応じて決定され、板の頭と尾が測定されて記録されます。条件が許せば、鋼帯の端部も検査して、鋼帯およびその加工端部に剥離や亀裂などの欠陥がないことを確認する必要があります。同時に、加工端部のある原材料は、溶接管生産ラインに搬送される際に、鋼帯の端部への機械的損傷を防止する必要があります。
1.2 成形検査：板材・ストリップ成形の鍵は、ストリップ端面への過度の引張応力を防ぎ、波曲がりの発生を防ぐことです。成形ユニットの設置および試運転における関連検査項目には、成形ローラー、仕上げローラー、サイジングローラーの寸法と隙間、ストリップの円周変数、ストリップ端面のカール、溶接角度、板材端のドッキング方法、押し出し量などの迅速な検査と記録が含まれます。デジタルノギス、角度ゲージ、隙間ゲージ、巻尺、巻尺、および対応する特殊工具は、各制御変数が生産プロセス仕様で要求される範囲内にあることを確認するために、迅速な測定によく使用されます。
1.3 溶接前検査：成形ユニットの各種パラメータを調整・記録した後、溶接前検査では、主に内外バリカッター、インピーダンス装置、センサーの仕様と位置、成形液の状態、空気圧値などの環境要因を検査し、プロセス仕様で定められた起動要件を満たします。関連する測定は、主に作業者の経験に基づき、巻尺や専用器具で補完し、迅速に測定・記録します。
1.4 溶接中検査：溶接中は、溶接電力、溶接電流、電圧、溶接速度などの主要なパラメータの値に注目します。通常、これらのパラメータは、装置内の対応するセンサーまたは補助機器によって直接読み取られ、記録されます。関連する操作手順に従って、主要な溶接パラメータがプロセス仕様の要件を満たしていることを確認するだけで十分です。
1.5 溶接後検査：溶接後検査では、溶接火花の状態や溶接後のバリの形態など、溶接現象に注意を払う必要があります。一般的に、溶接時の押出ローラーにおける溶接色、火花の状態、内外バリの形態、ホットゾーンの色、肉厚変数などが重要な検査項目です。これは主に作業者の実際の生産経験に基づいており、肉眼でのモニタリングに加え、関連する比較マップを補足することで迅速に測定・記録し、関連パラメータがプロセス仕様の要件を満たしていることを確認します。
1.6 金属組織検査：他の検査工程と比較して、金属組織検査は現場での実施が難しく、一般的に時間がかかり、生産効率に直接影響します。したがって、金属組織検査プロセスを最適化し、検査効率を向上させ、迅速な評価を実現することは、実用上非常に重要な意義を持ちます。
1.6.1 サンプリングリンクの最適化：サンプリングポイントの選択には、一般的に完成管サンプリング、フライングソーポイントサンプリング、プレサイジングサンプリングがあります。冷却とサイジングは溶接品質にほとんど影響を与えないことを考えると、サイジング前にサンプリングすることをお勧めします。サンプリング方法については、ガス切断、金属のこぎり、または手動のグラインダーホイールが一般的に使用されます。サイジング前のサンプリングスペースが狭いため、電動グラインダーホイールを使用してサンプルを切断することをお勧めします。厚肉パイプの場合、ガス切断サンプリングの効率が高く、各企業はサンプリング効率を向上させるために関連する専用ツールを設計することもできます。サンプリングサイズについては、検査領域を縮小してサンプル準備効率を向上させるため、溶接の完全性を確保することを前提として、サンプルは通常20 mm×20 mm以上です。正立顕微鏡の場合、サンプリングする際、検査面はできるだけ反対側と平行にして、焦点測定を容易にする必要があります。
1.6.2 サンプル調製の最適化：サンプル調製プロセスでは、通常、金属組織サンプルを手作業で研磨します。ほとんどの溶接管は硬度が低いため、60メッシュ、200メッシュ、400メッシュ、600メッシュのサンドペーパーを使用して水研磨を行い、3.5μmのダイヤモンドスプレー粒子キャンバスを使用して粗研磨して目に見える傷を取り除き、水またはアルコールで湿らせたウールの研磨布を使用して微研磨を行います。きれいで明るい検査面が得られたら、ヘアドライヤーの熱風で直接乾燥させます。関連機器の状態が良好で、サンドペーパーなどの材料が適切に準備され、プロセスが便利に接続されている場合、サンプル調製は5分以内に完了します。
1.6.3 腐食プロセスの最適化：溶接部の金属組織検査では、主に溶接部における溶融線の中心幅と流線角度を検出します。実際には、過飽和ピクリン酸水溶液を約70℃に加熱し、光が消えるまで腐食させてから取り出します。水流中で脱脂綿で腐食面の汚れを拭き取った後、アルコールですすぎ、ヘアドライヤーの温風で乾燥させます。調製効率を高めるために、ピクリン酸を大きなビーカーに入れ、水と少量の洗剤またはハンドソープ（界面活性剤として作用）を加え、均一に攪拌して室温で過飽和水溶液（底に明らかな結晶沈殿物がある）を作り、置いて使用します。実際に使用する際には、攪拌して底の沈殿物が浮き上がった後、懸濁液を小さなビーカーに注ぎ、加熱して使用します。腐食効率を高めるため、試験前に製造サンプルの出荷時点に合わせて腐食溶液を規定温度に加熱し、保温して使用することができます。腐食をさらに促進する必要がある場合は、加熱温度を約85℃まで上げることができます。熟練した試験者であれば、1分以内に腐食プロセスを完了できます。組織や粒径の測定が必要な場合は、4%硝酸アルコール溶液を用いて急速腐食を行うこともできます。
1.6.4 検査プロセスの最適化：金属組織検査プロセスには、溶融線検査、流線検査、ウエストドラム形態検査、母材および熱影響部の金属組織および帯状組織評価、および結晶粒度評価が含まれます。このうち、溶融線検査には、溶融線の介在物、内幅、中幅、外幅、溶融線の歪みなどが含まれ、流線検査には、上下左右の流線角度、流線角度極値、流線中心偏差、フックパターン、流線ダブルピークなどが含まれ、ウエストドラム形態検査には、内幅、中幅、外幅、バリ許容差、ずれなどが含まれます。ウエストドラム形態と溶融線は、どちらも溶接エネルギーと押し出し圧力の特性を特徴付けることができますが、ウエストドラムの形状は、鋼板の厚さ、エッジ状態、溶接周期性などにも関連しており、腐食後の測定境界を正確に特定することが難しく、測定誤差があります。母材の金属組織や縞状組織の評価、母材の結晶粒度の評価などは、入荷原材料の受入時に検査されており、オンライン溶接検査時の参考項目としても使用できます。検査効率を向上させるには、製品要件に応じて関連する検査項目を最適化する必要があります。特に、溶融線と流線形態の検査を優先し、溶融線の中心幅と流線角度の2つのコア指標を把握することをお勧めします。金属組織顕微鏡では、溶接部の上下左右の4方向の流線角度を通常、壁厚の1/4で測定し、溶融線の中心幅は約100倍に拡大して測定します。検査効率を向上させるために、長さと角度を迅速に測定できるように、金属組織顕微鏡に対応する分析および測定ソフトウェアを構成することをお勧めします。設定できない場合は、接眼レンズのスケールで測定するか、画像を固定倍率で印刷し、定規やゲージで測定することもできます。上記の2つのコアデータの測定には、通常、実験者にとって約1分かかります。その他のデータも、対応する仕様要件に従って迅速に測定できます。
1.7 大サンプル検査：小サンプル検査データに基づき、パイプラインをさらに改良し、関連パラメータを調整して工程仕様の要件を満たした後、規定サイズの鋼管サンプルを採取して小サンプル工程試験を実施する必要があります。工程性能試験には、扁平試験、曲げ試験、膨張試験、カール試験、ねじり試験、縦圧試験、膨張試験、水圧試験、内部通過試験などが含まれます。一般的には、規格やユーザー要件に応じて、操作手順に従って生産ライン付近でサンプルを採取して試験を行い、目視で判断すれば十分です。
1.8 全ライン検査：上記の検査はすべて、関連仕様または規格のサンプリングに従って実施されるため、検査漏れが発生することは避けられません。完成した溶接管の品質を確保するために、オンライン非破壊検査技術の適用に特別な注意を払う必要があります。溶接管の製造において、一般的に使用される非破壊検査方法は、超音波検査、渦電流検査、磁気検査、放射能検査です。各種探傷装置は完全な検出システムを備えており、デジタル制御技術と電子コンピュータの適用により、検査結果の信頼性も保証されます。検査員は、検査装置が関連する操作手順に従って正常に動作していることを確認し、溶接品質の安定性を監視し、検査漏れがないようにし、基準を超える不良溶接管を適時に隔離するだけで済みます。
2 オンライン溶接品質の迅速な評価と診断
2.1 機械初期調整段階における迅速な評価と診断：機械初期調整段階における主な評価指標には、寸法変数（プレート、チューブ、ギャップ、押し出し量、部品の位置、高さ、角度など）、計器変数（成形液の状態、電力、電流電圧、速度など）、視覚変数（プレート接続方法、溶接形状など）が含まれます。寸法変数と計器変数は、実際のプロセス仕様で要求される数値範囲に従って測定値を比較することで直接判断できます。視覚変数は、通常、作業者が加工中に関連する説明や参照図面を比較し、作業者の実際の経験に基づいて迅速に評価・診断する必要があります。
2.1.1 溶接火花の迅速な評価と診断：一般的に、火花が多く発生せず、黒ずみも発生していない溶接状態は正常です。黒ずみは溶接電力が低すぎるか、溶接速度が速すぎることが原因と考えられます。また、飛散量が多い場合は、溶接電力が高すぎるか、溶接点と押出点の距離または溶接角度が狭すぎることが原因と考えられます。
2.1.2 溶接バリの迅速評価と診断：押し出しローラーから出たばかりの溶接部の色はオレンジがかった赤です。赤と白は温度（電力）が高すぎると判断でき、濃い赤は温度（電力）が低すぎると判断できます。溶接は真っ直ぐで均一で、バリの幅は広く、高さは低く、上部は光沢があり滑らかで、ライン上にわずかに不連続に分布する凸点は、適度な温度と押し出しと判断できます。溶接部の内側と外側に突出しているバリのサイズが同じかどうかによって、材料の端の加熱が一貫しているかどうかを判断できます。溶接部の外側の突出が厚い場合、外側の端の加熱温度は内側の端よりも高く、逆に内側の端の温度は高くなります。外側のバリによって押し出された溶融材料が中央になかったり、内側のバリが断続的に割れたり、ひび割れたりしていて、ツールの位置が正常である場合、プレートジョイントのエッジが間違っていると判断できます。
2.1.3 HAZ色の迅速な評価と診断：外部バリを除去後、熱影響部の両側に明瞭で連続した青色の直線状の細い線が現れる。評価基準は、2本の線の間の領域の色が徐々に薄くなり、軸方向の均一性が一定であることです。HAZの色が均一に青色の場合は溶接温度が高すぎ、色が薄い場合は溶接温度が低すぎます。バリを除去した後に外部溶接ビードの幅や形状が変化する場合は、プレートが間違ったエッジで接続されていると推測できます。
2.2 少量サンプル検査の迅速な評価と診断：
2.2.1 溶融ラインの迅速な評価と診断：現在、各国で溶融ライン幅の管理に関する統一された規制はありません。既存の規格は、一般的に各企業の内部管理規格です。たとえば、日本の新日本製鐵は溶融ライン幅を 0.02〜0.2 mm、日本の川崎重工は 0.07〜0.13 mm、ドイツは 0.02〜0.12 mm、韓国の PSP は 0.05〜0.3 mm と規定しています。我が国の溶接管業界では、かつて溶融ライン幅を 0.02〜0.11 mm に制御することが最も適切であると考えられていました。一部の文献では、溶融ライン幅の標準を標準値として設定することも提案されています：fn = 0.02〜0.14 mm、f0≈fi = 1.3〜3fn。警告値：fn=0.01～0.02 mm または fn=0.14～0.17 mm、f0≈fi=3～4fn。禁止値：fn＜0.01 mm または fn＞0.17 mm、f0≈fi＞4fn。溶融線のたわみまたは歪みの評価基準は S≤t/10 です。一般的に、溶融線領域内の単一介在物の長さが ≥ 0.05 t であることは許可されず、内外面に近い 15% の領域に介在物は許可されません。具体的な合格基準は、各企業が自社の生産実践に基づいて議論と分析を行った上で策定できます。溶融線の形状は、溶接入力エネルギー、溶接押し出し力の大きさ、溶接速度などのパラメータと密接に関連しており、溶接の品質を測定する重要な指標です。
悪影響 厚い溶融ライン 溶接温度が高すぎて、金属表面の脱炭が増加します。ほとんどの場合、押し出し圧力が不十分なために発生します。溶融ラインの中心には、明らかな灰色の斑点や酸化物介在物が発生することがよくあります。 形状不良 原因診断 薄い溶融ライン 押し出し圧力が大きすぎて、溶融金属が過度に押し出されます。溶接部は冷間圧接や平坦化テストの不合格になりがちです。 不規則な溶融ライン 押し出し圧力の不均衡が大きい さまざまな方向に傾斜した溶融ラインまたはS字型の溶融ラインがあり、熱変形が複雑で、内部応力が高い。 溶融ラインに酸化物介在物または灰色の斑点があります。 プレートエッジの平行度が良くないか、押し出し圧力が小さすぎて、プレートエッジの酸化金属表面層を効果的に押し出すことができません。灰色の斑点または酸化物介在物は、多くの場合、溶接割れの亀裂発生源になります。
2.2.2 溶接フローラインの迅速な評価と診断：溶接フローラインは、溶接品質評価において最も重要な金属組織学的特徴であり、溶接条件下で局所的に溶融または半溶融した金属が押し出されることによって形成される結晶組織の特殊な形状であり、溶接中の押し出し力の大きさ、押し出し方向、入力熱、溶接速度などの要因を総合的に反映しています。各国で流線の立ち上がり角度に関する統一規格はなく、現在、各国は独自の内部管理基準を使用しています。たとえば、日本の新日本製鐵は40°〜70°、ドイツは内壁60°、外壁65°と規定しており、我が国の関連情報では50°〜70°であると指摘されています。流線角度の評価基準は、標準値：45°〜75°、極端な差≤10°という次の原則に従うことを提案する文書もあります。警告値：40°～45°または75°～80°、極端な差は10°～15°。禁止値：40°未満または85°超、極端な差は15°以上。溶接流線部にはフック状の偏析があってはならず、流線中心線と肉厚中心線との距離は
板端が平行でないと、溶接部にずれが生じやすく、溶接金属の一方方向の損失や応力集中が発生し、溶接部の欠陥発生確率も高まります。流線角の非対称性板端の平行度は良好ではなく、正「V」字型や逆「V」字型になりやすいです。板端が平行でないと、高周波電圧分布が不均一になり、局所的な温度差が大きくなり、板端が同期して接触できず、密着溶接が実現できません。
板端が正の「V」字型に現れる場合、溶接部の内端が外端に接触する必要があるため、内端の電流密度は外端よりも大きく、加熱温度も外端よりも高く設定する必要があります。同じ押出圧力条件下では、最初に接触する内壁の金属流線上昇角は大きくなり、外壁の金属流線上昇角は小さくなり、ひどい場合には流線が全く現れないこともあります。
逆に、板端面が逆V字型に現れる場合、外側バリは内側バリよりも大きく、その金属流線上昇角は溶接管内壁のそれよりも著しく大きくなります。板端面の平行度が不適切であると、圧延板の端面が曲がる可能性があり、端面が波打つようになりやすく、グレースポットが発生しやすくなります。同時に、成形中に溶接部がずれて溶接点まで連続し、凝固中の溶接金属が溶着したり割れたりする可能性があります。
2.2.3 ウエストドラム等の迅速な評価・診断：ウエストドラムの幅は、溶接温度、押出圧力、鋼板厚、鋼板トリミング、溶接サイクルなどと関連しており、溶接品質評価の参考指標として用いることができる。ある論文では、理想的なウエストドラムの形状は、中心幅hn＝（1/4～1/3）t、内壁幅h0≈hi≈（1.5～2.2）hnであると示唆されている。同様に、各溶接管企業は、自社の生産実態に基づいて、評価内容に含めるか、評価範囲を指定するかを決定することができる。
2.3 大型サンプルおよびフルライン検査段階の迅速な評価・診断：大型サンプルおよびフルライン検査は、通常、製品の技術要求事項に規定された検査基準に従って実施されます。作業者は、目視検査または関連検査データの記録により、対応する評価・診断を迅速に完了することができます。フルライン検査における非破壊検査評価・診断の焦点は、設備の欠陥校正と標準化された操作にあります。これらの2つの段階で品質問題が見つかった場合は、設計、工程、品質などの関連部門に欠陥の原因を総合的に分析するよう依頼する必要があります。必要に応じて、原材料、成形、溶接などの設計リンクにおける潜在的な問題を総合的に検討し、実際の生産と組み合わせて根本原因分析を実施する必要があります。この段階で発生する可能性のある品質欠陥を排除するために、設計最適化や工程最適化などのさまざまな対策を講じる必要があります。
3 システム構造の統合、最適化、展望
高周波直シーム溶接管のオンライン溶接品質迅速評価診断システムは、予備機械調整評価診断、小サンプル評価診断、大サンプル評価診断、全ライン評価診断の4段階に分けられます。 このうち、予備機械調整段階では、各工程管理点の値が対応する工程仕様要件を満たしていることを確認します。 小サンプル評価段階では、金属組織検査データに基づいて機械調整データをさらに最適化します。 予備機械調整後の小サンプル検出データが工程仕様要件を満たしている場合は、そのままバッチ生産を開始できます。 そうでない場合は、予備機械調整の仕様範囲内でさらに微調整を行い、要件を満たします。 大サンプル評価段階では、溶接強度や靭性などの工程性能の検証に重点を置いています。 該当する要件を満たしていない場合は、偶発的な要因を排除した後、設計、製造、試験の全リンク原因分析を実施し、関連する設計設備またはプロセスパラメータを補充または改善して、以降のすべての製造段階が要件を満たすようにする必要があります。フルライン検出段階では、溶接の品質を監視し、不確実な要因によって引き起こされる溶接欠陥を防止し、それらをマークして分離し、工場から出荷されるすべての溶接パイプの品質が合格であることを保証することに重点が置かれています。
実際の生産では、一般的に、ある仕様の溶接管を初めて生産する場合にのみ、全段階で初期調整、微調整、繰り返し調整を実施し、要件を満たした後、大サンプルをテストして確認し、ライン全体の検出と監視対策を講じて溶接の品質を確保します。実際の生産経験が継続的に蓄積されるにつれて、以前に生産された同じまたは類似のパイプをバッチで生産する場合、以前に記録された制御データを実際に繰り返したり模倣したりすることで、機械調整が1段階で完了することがよくあります。その後の小サンプル、大サンプル、およびフルライン評価段階は、繰り返し確認またはリアルタイム監視を目的としています。実際の調整と生産効率の利点はより明白です。
全段階の評価診断プロセスにおいて、本研究で推奨する関連操作方法を適用し、実際の生産と組み合わせて継続的な改善と最適化を実施できれば、関連製品パラメータの調整を秩序正しく、効率的かつ便利な方法で完了し、オンライン溶接の品質を確保できます。関連データ統計やソフトウェアアプリケーションツールを補完すれば、パイプライン生産操作インターフェース上ですべてのデータパラメータを自動的にカウント、分析、評価、診断することができ、データ処理効率がさらに向上し、対応する機械調整操作が科学的に導かれます。同時に、各段階の評価診断システムにおける関連パラメータと操作経験の継続的な蓄積と改善は、パイプライン生産の品質と効率の着実な向上に役立つだけでなく、パイプラインにおける自動化生産の段階的な推進と適用のためのデータ基盤となり、生産品質と効率のさらなる向上に役立ちます。
投稿日時: 2025年3月12日